核电站仪表岗前培训反应堆仪表全文案例分析电子版

1核反应堆仪表苏杰2堆芯：裂变链式反应一回路：将堆芯热量导出二回路：将一回路热量通过蒸汽发生器交换热量。蒸汽发生器：产生蒸汽供汽轮机。稳压器：调节一回路水压汽轮机驱动发电机组。第1章绪论Ⅰ、核电站示意图压水堆核电站五大控制系统1、核反应堆功率调节控制系统2、蒸汽排放控制系统3、蒸汽发生器给水调节系统4、稳压器压力、水位调节系统5、汽轮机调速系统--O[[3Ⅱ、压水堆测量仪表布置示意图T1进入反应堆的冷却剂温度；T0离开反应堆冷却剂温度；Tm慢化剂温度；Lm慢化剂水位；FC流量仪；PC冷却剂出口压力；FS蒸汽流量。4Ⅲ、核反应堆仪表的功能一、测量项目：1.反应堆功率2.反应性3.冷却剂入、出口温度4.冷却剂的流量5.系统各测点的压力6.元件表面和冷却剂通道的沉淀物。5二、检测参数1、链式反应产生的热量(热敏元件)；2、链式反应产生的核辐射(核辐射敏感元件)；3、离开反应堆以后冷却剂的放射性强度；4、冷却剂的温度、流量、流速、压力及纯度；5、堆内慢化剂水位及温度；6、控制棒的位置(功率棒、温度棒、停堆棒)等。三、指示调节及执行参数操控反应堆在一定功率下运行，必须根据调节仪表和执行仪表指示来操作控制棒，执行调节棒位。6第2章测量的基本概念2.1测量仪表的组成一、测量值的表示式x≈aUx其中：x是被测量值；a是仪表的读数；Ux是测量单位。二、测量流程7传感器从测量对象提取信息，生成原始信号对传感器性能的要求：1、输出与输入有稳定的单值关系；2、非被测量的影响应可忽略，如不能忽略，应能对其补偿或修正；3、应尽可能小的消耗被测对象的能量，传感器对于对象状态无大的干扰。变换器为把传感器的信号进行远距离传送，用变换器对信号进行放大，线性化等。显示器有瞬时量显示、累计量显示、极限显示等，指示有模拟、数字、屏幕显示等。1、模拟显示常以曲线形式记录数据。2、数字显示不会有视差，可打印数据。3、屏显能形象地显示信息，显示量大，可进行计算机操作。传输通道连结输出与输入的信号设备。如：导线，管道，光导及无线通讯等。82.2测量仪表的性能指标一、量程测量仪表能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围。二、误差1、指示值的绝对误差δ2、指示值的相对误差γδ=x–x0x─测量的指示值x0─被测量的实际值3、引用误差γm(相对误差)其中：Am─仪表的量程范围4、基本误差基本误差是在规定的条件下，将仪表的示值和标准表的示值相比较，全量程中，当被测量平衡的增加或减小时，仪表全量程各个示值中引用误差的最大值。00100maxmmAR00100001000mmmAxxA0010000100000xxxx9三、精度允许误差：即仪表出厂时规定的基本误差的最大值。精度：允许误差去掉百分号的数字。国家仪表的精度等级为：0.1；0.2；0.5；1.0；1.5；2.5；4级等。可见数字越小，仪表的精度等级越高。使用仪表时且勿升级使用。四、仪表的变差、附加误差及修正值1、变差又称：回差、升降变差或来回变差。△v=｜x”-x’｜x’、x”分别为被测量值平稳增加和减小时，对仪表同一示值测得的实际值。2、附加误差对同一示值，在技术条件规定的正常与非正常条件下，所对应的被测量实际值之差。3、修正值由示值x得到实际值x0的修正量C。x0=x+CC=f(x)可查曲线或修正表求得。10五、灵敏度和分辨力灵敏度S：设输入变化△x引起输出变化△L灵敏度高，不意味精确度会高，要与仪表的允许误差相适应。xlS分辨力：也称鉴别力，是引起仪表可觉察示值变化的被测量值的最小变化。六、动态特性仪表指示值x跟随被测量值x0变化的反应能力。1、上升时间：示值从稳定态值的5％变化至95％所需的时间；2、响应时间：示值从开始变化到稳态值＋、－Rm范围，所需的时间。3、过冲量：示值变化的最大振幅减去稳态值，对稳态值的百分数。11七、可靠性仪表在正常工作条件下，保持产品技术性能指标的能力。仪表结构和环境的变化，一定程度上会影响可靠性。该指标决定了仪表的寿命。设：在1000小时实验下a类元件损坏零件的百分数为λa，仪表中有K种类别的元件，a种类型的元件数目为na，1000小时工作中仪表损坏的百分数为:八、稳定性稳定性表明仪表测量某固定量时，示值随时间及使用条件变化的性能。如,环境温度变化1度,示值X的变化值来确定的。九、复现性在同一条件下，对同一被测量X多次重复测量，示值一致的程度。aKaaaknn112第3章堆芯外核检测仪表及系统3.1堆芯外的定义堆芯外是指在反应堆堆芯以外，中子注量率低于1011n．Cm-2．S-1的辐照条件下布置辐射探测器。通常安置在压力壳外壁处，也可置于壳内的热屏蔽区内。堆功率仪表系统用来测量反应推功率及监视堆内中子通量密度(中子注量率)变化信息的。具有：1、运行功能监测堆功率、功率变化及分布。2、安全功能向保护系统提供停堆信号等。133.2反应堆功率的测量反应堆是依靠核燃料的链式反应来维持工作的，链式反应中产生初级碎片和一系列裂变产物，还有裂变中子、瞬发γ等辐射线，它们都是裂变能的载体，它们的核辐射强度与反应堆功率成正比，它们消耗在堆内的热量也与堆功率成正比，因此，可以通过测量中子或γ射线的强度，及测量堆芯温度等来间接测量反应堆的功率。通常是用堆芯外中子监测仪表来测量反应堆功率的。143.3中子探测器作用：把正比于核功率的中子通量信号转变为电信号。原理：探测器的结构、测量方法各不相同，但归纳起来都是利用中子与核发生的各种反应，直接或间接地测量中子通量密度。3.3.1中子探测的基本方法方法有：核反应、核反冲、核裂变、激活化法等。不同能量的中子与物质相互作用的差别颇大，所以，相应它们的探测器在结构上及探测原理,也区别较大。中子是间接电离粒子，首先通过核反应等产生直接电离粒子被测量。15一、核反应法主要测量慢中子，有以下三种核反应：10B(n,α)7Li+2.792MeVσ0=3840±11b6Li(n,α)3T+4.786MeVσ0=936±6b3He(n,p)3T+0.764MeVσ0=5327±10b能量为En的中子微观截面σ=σ0(1／υ)16二、核反冲法中子与物质原子核发生弹性碰撞，原子核被反冲，且带一定正电荷，选用反冲核弹性碰撞截面大的材料作为探测器灵敏物质，就可以简接测量中子的注量率。通常是利用含氢物质作为灵敏体。反冲核的反冲能表示为：所以，反冲核的质量越小反冲动能越大，通常取氢物质，A=1，上式为：2cosnAEE22cos)1(4nAEAAE当En≤20MeV时散射截面能谱见右图。在0.1～10MeV之间遵从1╱υ定律。设：中子注量率为，单位体积靶物质的原子核数目为N，厚度为d，面积为S，散射截面为σs，则靶内单位时间的反冲核数Np为：Np=ssNd=s∑Sd17三、核裂变法由于裂变碎片是核裂变能量的载体，利用核裂变产生的两个碎片，使物质电离，可产生大的输出脉冲，极易甄别γ射线对测量中子通量的干扰。233U、235U、239U对热中子的反应截面分别为：530b、580b、742b，所以常用作裂变探测器的灵敏体。许多重物质对中子裂变有一定阈值，可制成多阈探测器，以确定中子能量。常用裂变阈探测器材料的特性表裂变材料热中子裂变截面(b)裂变阈(MeV)3MeV时的裂变截面(b)半衰期(天)232Th231Pa234U236U238U237Np≤0.00020.010.0006─≤0.00050.0191.30.50.40.850.551.50.000190.00110.00150.000850.000550.00151.41×10103.38×10102.45×1052.34×1074.47×1092.4×10618四、活化法稳定的原子核吸收中子后，转变为放射性原子核，它们通常在衰变时会放出带电粒子，由此可以简接测出中子的通量密度。例如：n+115In→116In+γ116In→116Sn+β－+ν测量β－的强度就能够确定中子的通量密度。以上四种探测中子的方法比较表方法核反应靶材料截面(b)用途核反应(n,α)(n,p)10B,6Li,3He103～3.8×103热、慢中子的注量率核反冲(n,n’)H～1快中子注量率核裂变(n,f)233U,235U,239Pu等～5×102热中子注量率活化(n,γ)In,Au,Dy(镝)等热中子：～1×102共振中子：～103快中子：～1慢中子的注量率193.3.2中子探测器电离室气体探测器{裂变室计数管常用的中子探测器{中子闪烁探测器固体探测器{自给能探测器核功率监测系统只使用了气体探测器。堆内所采用的核检测仪表是微型裂变室，堆外所采用的核检测仪表是涂硼正比计数管、γ补偿电离室及长电离室。20Ⅲ正比区：V2→V3：电子在电场加速中获得能量足以产生二次电离，产生了电离雪崩。输出AN0正负离子对，脉冲幅度为：Ⅳ有限正比区：V3→V4当电压大于V3后，原电离电荷大的，比小的其放大倍数相对变小，即放大倍数A与人射粒子能量有关。CWeEAUmⅤG-M区当电压大于V4以后，室内的激发光子起主导作用，使整个室内气体放大，发生电子雪崩，输出脉冲大小与粒子能量无关。一、气体探测器Ⅰ、复合区：0→V1Ⅱ、电离区：V1→V2，原电离离子全被电极收集。CWeEUm21(一)、电离室⒈工作原理与结构中子在涂硼电极上产生带电粒子，当它进入室内时，与室内充气(氦、氩)体发生相互作用，产生正、负离子对，被收集极收集，产生输出电流I，这一电流量I的大小反映了中子注量率的大小。式中：V─电离室的有效体积;N0─单位体积、单位时间原电离子数;热中子的灵敏度为：3.1×10-13A／(ncm2s)，适用于热中子注量率：102─1010n／cm2s。dvNeIV0222.电离室的输出脉冲电离室输出脉冲幅度Um为：式中：△E─中子间接产生的粒子损失在电离室的能量;C─电离室输出有效电容(法);W─平均电离能;e是电子电荷量。CWeEUm)()()()()(000xbVabPxEdxPxdxbTbxbx3、电离室输出脉冲形状电离室输出脉冲形状反映了入射粒子的信息，与之连接的二次线路也要以此进行设计，尽量保持原有信息。所以，分析脉冲形状尤为重要。电离室电流是Ii由正、负离子电流I+、I-所组成的。即：Ii=I++I-_首先讨论平行板电离室。设平行板电离室内，正、负离子都产生在x0处，以速度为w+(x)的正离子由x0到达b处的时间为T，则PEPE;正、负离子运动速度分别为：电场强度E(x)=V／(b-a)2322)()(abPVePVEeVEetIe)()()(0axVabPaT2)()(abPVentI电离室电流是Ii由正、负离子电流I+、I-所组成的。即：Ii=I++I-_平行板电离室内，负离子由x0以速度为w-(x)到达a处的时间为T-，同理可以求得：4、平行板电离室输出电流I一个电子在电场E的作用下所作的功率为：eEw-又等于：V×Ie所以V×Ie=eEw-其中：E=V／(b-a);w-=μ-.E／P一个电子生成的电流：一个入射粒子产生的电离电子数为n，则它产生的电流为I-(t);正离子电流为I+(t)；2)()(abPVentI242)()(abPVentI2)()(abPVentI5、平行板电离室输出电压脉冲电离室电流输出经过RC网络积分，就会得到一输出脉冲，RC时间常数不同，则脉冲形状不同。对于RC》R1C1》R2C2》R3C3情况的电离室电压脉冲如右下图所示。RCtRCteeCWeEtu1)(252022lnxbVabPTabxVxEln)(1220202ln)(TtaxxabPVentI6、圆柱形电离室输出电流及电压